月球正在远离地球？

“阿波罗”号登月时，宇航员在月球表面安放了一面镜子（测距仪）。此后，科学家从地球上向这面镜子发射激光，并通过激光往返时间测算地月距离。结果显示，月球每年远离地球约3.8厘米。

月球远离，“真凶”是谁？

1695年，埃德蒙·哈雷开始埋首于彗星轨道的研究。这是一件极端需要勤奋与耐心的工作，不光是因为惊人的计算量，还有从卷帙浩繁的故纸堆里一点点搜寻相关记载的水磨工夫。直到十年后哈雷才发表了关于那颗后来以他名字命名的彗星的计算，但在那之前，他先发现了一件看上去匪夷所思的事：

从历史记录中的日月食时间来看，月球的运行速度似乎发生了变化。

要是再退回去两百年，恐怕根本不会有人相信月亮居然会有什么改变。幸好在哈雷那个时代，科学刚刚取得了一个伟大的胜利：《自然哲学的数学原理》出版，牛顿的万有引力理论为人类提供了分析和认识宇宙的武器。如果没有证据表明历史记录出了错，那么记录下来的事不管有多难以置信，都应该先认为它发生了。于是天文学家们摩拳擦掌地向这个谜团扑了上去：首先是计算出了月球运动的变化量，每一百年多移动了10角秒。10角秒是多大的距离？它仅仅是1度的1/360。这样的变化真是太微乎其微了，难怪直到17世纪末才被察觉。天文学家由此计算了月球的轨道，这个发现意味着它正在远离我们。没人对此感到恐慌，牛顿已经告诉了大家，引力挥舞着控制整个太阳系乃至整个宇宙的指挥棒，一定有什么东西的引力影响着月球，只需要找出它是谁。太阳是第一个“嫌犯”：它的质量最大，引力作用想必也最大。其次是金星，它是离地球最近的行星。不过接下来的计算就让天文学家们有些挫败：太阳的影响——专门术语叫“摄动”——顶多只能解释月球运动变化量的一半，而金星的摄动完全可以忽略不计。至于火星，比金星更小又更远，那就更不能指望了。

解释这个现象的最终可能落在了地球身上。在哈雷发现月球变化的一个半世纪之后，人们确定了导致月球远离地球的“真凶”：那就是地球自己。

地月相吸，为何越来越远？

假如地球和月球都像高中物理习题集的描述那样只是一个质点，那地球的引力是绝不可能反而把月球推走的。但它们在真实世界中不但是个巨大的球，而且是个会变形的巨大的球。要是你曾经在皓月当空的夜晚在海边漫步，就会对这种变形有着深刻的感受。同一个地点的海面每天会经历两次高潮——月球吸引着包裹在地球表面的海水，形成一个椭球形的“水球”，水球的长轴方向从地球指向月球。长轴方向的海面在一天中达到最高，这是“潮”；短轴方向的海面在一天中最低，这是“汐”。

潮和汐的产生，是因为地球表面不同的地方受到不同大小的月球引力，所以物理学上用“潮汐力”来称呼由于引力差异而产生的力。地球在月球的影响下产生潮汐，月球虽然表面没有海洋，也照样会在地球的影响下产生非常微小的拉伸变形，不妨把这看作是固体的“潮汐”。

现在你退到海岸的高处，海面不断升高，浸湿了沙滩。别忘了，与此同时地球在自转，而月球在绕着地球公转。地球自转比月球公转快得多，所以海面的最高点根本来不及恢复原状，马上就会被地球的自转带到月球的前方：瞧，月亮不是渐渐偏西了吗？这一大团凸出的海水可以近似地和月球单独“结算”引力，前方的海水和落在它身后的月球互相拉扯。先进带动后进的结果是月球在轨道上获得了加速度，来自地球的引力不能让它安分待在原来的轨道上，于是月球窜到了能量更高、离地球更远的轨道，这就是“潮汐加速”。而地球呢？原本好好的自转着，却被一团向后的海水拖了后腿，自转的速度不得不稍微放慢一点。这样的情况每时每刻都在地球的海面上发生，日积月累，后果终于变得不可忽略。

要是你觉得地球的变化似乎很难有切身体会的话——过去 10万年累积下来，地球的自转周期一共变慢了1.5 秒，这确实对我们的生活没啥影响。那么我们不妨抬头看看月球，月球并不是天生这样痴心一片朝向我们的，它当初也有自转，只是它的质量比地球小，自转已经被来自地球的潮汐力“消灭”了。月球表面的固体潮最后被牢牢地锁定在正对地球的方向，永远只能用同一面朝向地球，这就是“潮汐锁定”。

质量较小的月球已经被锁定了，质量较大的地球也正前进在被锁定的路上。月球在潮汐的帮助下，不断地“偷走”地球自转的能量，一直要到地球的海潮也被锁定在正对月球的方向，潮汐的这种“吃里爬外”的行为才会结束，科学家估计这需要好几十亿年的时间。到那个时候，潮起潮落和月升月落将变成远古的历史名词，历法也必将面目全非：一天和一个月长度相等，都是现在一天（24 小时）长度的47倍，一年只有不到 8天。我们太阳系的近邻里就有这么一对儿榜样：冥王星和它的卫星冥卫一。这两个天体的质量差异更小、彼此距离更近，早早地就达到了彼此的潮汐锁定，面对面地绕着共同质心旋转，仿佛跳着默契的双人华尔兹一般。天体质量差别太大的系统就不太“公平”了，小天体不但被单方面“锁定”，还要被大天体的潮汐力捏圆再捏扁，甚至可以把它捏出喷泉来，比如木星和土星的某些卫星的遭遇。

（作者：果壳网流言百科）

发表于 2014-02-16 00:00
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